【正文】 基于嵌入式Qt的畫圖板設計與實現(xiàn)第1章 引言 研究背景近年來，隨著計算技術、通信技術的飛速發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及和3C（計算機、通信、消費電子）合一的加速，微型化和專業(yè)化成為發(fā)展的新趨勢，嵌入式產(chǎn)品成為信息產(chǎn)業(yè)的主流。利用源代碼開放的Linux搭建的嵌入式操作系統(tǒng)，由于強大的網(wǎng)絡功能和低成本，近來得到了越來越多的應用。① 嵌入式應用軟件的開發(fā)需要強大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持隨著因特網(wǎng)技術的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網(wǎng)上提供的信息內(nèi)容日趨豐富、應用項目多種多樣。為了滿足應用功能的升級，設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSP增強處理能力；同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。針對外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入設備必需配有通信接口,相應需要TCP／IP協(xié)議簇軟件支持；由于家用電器相互關聯(lián)（如防盜報警，燈光能源控制，影視設備和信息終端交換信息）及實驗現(xiàn)場儀器的協(xié)調(diào)工作等要求，新一代嵌入式設備還需具備IEEE139USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口，同時也需要提供相應的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。③ 支持小型電子設備實現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設計者相應降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復用接口芯片。如，選用最佳的編程模型和不斷改進算法。人們與信息終端交互要求以GUI屏幕為中心的多媒體界面。 研究目的和意義雖然市場上現(xiàn)在已經(jīng)有了眾多的優(yōu)秀的GUI應用軟件，但隨著近年來計算機技術的迅速發(fā)展，當新硬件、新技術出現(xiàn)時，計算機的體系結構、指令系統(tǒng)和操作系統(tǒng)都可能發(fā)生相應的改變，這勢必會導致一部分應用軟件在新環(huán)境下無法正常運行。而QT在源代碼級上實現(xiàn)了跨平臺特性，極大的支持了跨平臺通用軟件的開發(fā)。這種基于源代碼的跨平臺特性不僅解決了性能的問題，而且可以發(fā)揮各個平臺的優(yōu)勢，充分利用每個平臺自身的特點；并且即可以在新環(huán)境下實現(xiàn)原有軟件的功能和特點，減少開發(fā)費用，還可以改進原有軟件的不足，增加新的需求，從而提高軟件的質(zhì)量，延長軟件生命期。本文通過對嵌入式Linux和QT的分析，在嵌入式QT的基礎上，開發(fā)了面向嵌入式終端的畫圖板應用軟件。它們體積小，移植方便，適用于掌上電腦、智能電話及一些高端的嵌入式設備中。第2章 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)，就是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可剪裁、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)概述綜觀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個階段。這種系統(tǒng)大部分應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持。這一階段系統(tǒng)的主要特點是：嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上，操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、設備支持、多任務、網(wǎng)絡支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應用程序接口（API），嵌入式應用軟件豐富，但與互聯(lián)網(wǎng)無關。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于因特網(wǎng)之外，但隨著因特網(wǎng)的發(fā)展以及因特網(wǎng)技術與信息家電、工業(yè)控制技術等結合日益密切，嵌入式設備與因特網(wǎng)的結合將代表著嵌入式技術的真正未來[2]。其程式源碼全部公開，任何人可以修改并在GNU通用公共許可證（GNU General Public License）下發(fā)行，這樣開發(fā)人員可以對操作系統(tǒng)進行定制。Linux用戶遇到問題時可以通過Internet向網(wǎng)上成千上萬的Linux開發(fā)者請教，這使最困難的問題也有辦法解決。Linux還提供了強大的網(wǎng)絡功能，有多種可選擇窗口管理器（X windows）。不但成熟完善、而且使用方便，為嵌入操作系統(tǒng)提供了一個極有吸引力的選擇。原型可以在標準平臺上開發(fā)然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。它是免費的，源代碼可以得到。毫無疑問，這會節(jié)省大量的開發(fā)費用[3]。 ① 它本身內(nèi)置網(wǎng)絡支持。③ Linux在臺式機上的成功，使大家看到了Linux在嵌入式系統(tǒng)中的輝煌前景。如今，業(yè)界已經(jīng)達成共識：即嵌入式Linux是大勢所趨，其巨大的市場潛力與醞釀的無限商機必然會吸引眾多的廠商進入這一領域。另一方面的原因就是應用的需要，由于對產(chǎn)品可靠性、成本、更新?lián)Q代要求的提高，使得嵌入式系統(tǒng)逐漸從純硬件實現(xiàn)和使用通用計算機實現(xiàn)的應用中脫穎而出，成為近年來令人關注的焦點。 　?、?系統(tǒng)內(nèi)核小。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核卻是沒有可比性的。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進行修改。 　?、?系統(tǒng)精簡。 　?、?高實時性的系統(tǒng)軟件（OS）是嵌入式軟件的基本要求。 ?、?嵌入式軟件開發(fā)走向標準化，就必須使用多任務的操作系統(tǒng)。 　　⑥ 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。開發(fā)時往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，開發(fā)時需要交替結合進行。本節(jié)對常見的幾個版本的優(yōu)缺點進行簡要分析[4]。Redhat應該說是在國內(nèi)使用人群最多的Linux版本，甚至有人將Redhat等同于Linux，有很多的專業(yè)人士只用這一個版本的Linux。Redhat系列的包管理方式采用的是基于RPM包的YUM包管理方式，包分發(fā)方式是編譯好的二進制文件。② Debian系列優(yōu)缺點這個系列包括Debian和Ubuntu等。Debian最早由Ian Murdock于1993年創(chuàng)建，分為三個版本分支（branch）： stable，testing 和 unstable。testing的版本都經(jīng)過unstable中的測試，相對較為穩(wěn)定，也支持了不少新技術（比如SMP等）。Debian最具特色的是aptget / dpkg包管理方式，其實Redhat的YUM也是在模仿Debian的APT方式，但在二進制文件發(fā)行方式中，APT應該是最好的了。③ Ubuntu系列優(yōu)缺點Ubuntu是世界上最流行的Linux發(fā)行版, 它使用deb 的軟件庫（linux界最大的自由軟件庫，由deb維護）。Ubuntu沒有所謂的企業(yè)版，不用購買授權就可以把它用于商業(yè)或其他任何用途。圖形界面很強大，系統(tǒng)超級穩(wěn)定先進的內(nèi)存管理機制。這樣，當系統(tǒng)再次使用該數(shù)據(jù)時，只要從內(nèi)存調(diào)用就行了。ubuntu的強項主要體現(xiàn)在：能夠使deb的軟件庫、圖形界面很強大、系統(tǒng)超級穩(wěn)定、有著先進的內(nèi)存管理和先進的磁盤管理。所以最終選擇ubuntu為本設計的操作系統(tǒng)。本章節(jié)主要介紹ARM處理器及其特點，簡要介紹了基于S3C2410X的嵌入式系硬件平臺的各功能模塊。①體積小、低功耗、低成本、高性能。③大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。⑤尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。 ARM微處理器系列ARM微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于ARM體系結構的處理器，除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。SecurCore系列專門為安全要求較高的應用而設計。① 5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。③ 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。－ 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。⑤ 支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應用場合。表31硬件平臺配置表硬件硬件名稱硬件參數(shù)cpuARM920T結構芯片三星S3c2410X工作頻率203MHzFLASHSAMSUNG K9F120864M NANDSDRAMHY57V561620ATH32M*2=64MEtherNet網(wǎng)卡DM900AE10/100M自適應LCDLQ080V3DG018寸16bit TFT觸摸屏SX080W4RFBFM7843驅(qū)動USB接口4個HOST/1個DEICE由AT43301構成 USB HUBAD由S3C2410芯片引出3個電位器控制輸入擴展卡插槽168Pin EXPORT總線直接擴展IC卡座AT24CXX系列由ATMEGA8單片機控制中斷鍵1個ENT控制LED由3個IO口控制調(diào)試接口板載JTAG,直接支持下載與仿真25針S3c2410X 芯片集成了大量的功能單元，包括。 ② 三個通用異步串行端口（， 16Byte Tx FIFO， and 16Byte Rx FIFO），2通道SPI。④ 4 個PWM定時器和一個內(nèi)部定時器。 ⑥ 8 通道10 位ADC 和觸摸屏接口。 ⑧ ARM 帶MMU 的先進的體系結構支持 WINCE、EPOC3LINUX。 ⑩ ARM920T CPU 核支持 ARM 調(diào)試的體系結構。QT 應用程序接口與工具兼容于所有支持平臺，掌握一個應用程序接口，便可執(zhí)行與平臺非相關的應用開發(fā)與配置。 QT主要特性QT是一個跨平臺的C++圖形用戶界面庫，由挪威TrollTech公司開發(fā)，目前包括QT/X1基于Framebuffer的QT、快速開發(fā)工具QT Designer以及國際化工具QT Linguist等。QT支持Unix和Linux系統(tǒng)以及Windows系統(tǒng)。QT的這些特點使它非常適合于真正的構件編程，同時使各個組件之間的協(xié)同工作變得十分簡單，并且 QT是直接基于 Xlib的，不依賴Motif工具包，所以它的執(zhí)行效率比一般的基于平臺的代碼的執(zhí)行效率要高[7]。信號和插槽是一種高級接口，應用于對象之間的通信，它是QT核心特性，也是QT區(qū)別于其他工具包的關鍵所在[8]。槽就是一個可以被調(diào)用處理特定信號的函數(shù)。可以用connect（）函數(shù)對需要的信號和槽進行連